Kosten sparen bei der Pressenumrüstung: Eine Steuerung für Sicherheits- und Prozessaufgaben

Während beim Neukauf von entsprechenden Maschinen die Kompetenz des Maschinen- und Anlagenbauers sowie das Geschick und Fachwissen des Einkäufers gefragt sind, stehen bei Umbaumaßnahmen (Retrofit) die Konstrukteure vor vielfältigen Herausforderungen. Retrofit bzw. Refurbishing im Pressenbereich geht in der Regel immer mit einem so genannten \“maßgeblichen Eingriff\“ in bestehende, aber gleichzeitig auch überholte Sicherheitskonzepte einher. Der Konstrukteur muss einerseits den Anforderungen der anzuwendenden Richtlinien und Normen Rechnung tragen, ist aber andererseits auch gefordert, nach innovativen Automatisierungslösungen zu suchen und sich aufzeigende Einsparpotenziale konsequent zu nutzen. Dass solch ein Spagat gelingt, konnte jetzt das Presswerk von Ford in Saarlouis zeigen. Dort galt es zwei hydraulische Tuschierpressen mit einer Presskraft von 250 bzw. 50t auf den neuesten technischen Stand zu bringen. Gebaut im Jahre 1967 verrichten die zwei Pressen ihre Arbeit im Werkzeugbau, der im Presswerk von Ford-Saarlouis integriert ist. Die Hauptaufgabe der auch als Try-Out bezeichneten Pressen besteht in der Erprobung neuer Pressenwerkzeuge, um diese dann gegebenenfalls optimieren zu können. Nach fast 40-jähriger Einsatzzeit war zwar die Mechanik immer noch voll intakt, aber Hydraulik und Elektrik mussten erneuert werden. Sicherheitssteuerung übernimmt auch prozesssteuernde Aufgaben Auf der Suche nach Einsparpotenzialen bot sich mit dem aktuellen Trend am Markt – der Integration von Standard- und sicherheitsgerichteten Funktionen – eine wirtschaftliche Lösung für die Umrüstung der Pressen. Für die Überwachung der Sicherheitsfunktionen war von vornherein der Einsatz einer modularen, programmierbaren Sicherheitssteuerung PSS von Pilz vorgesehen. Die nach IEC61508 entwickelte Sicherheitssteuerung erfüllt höchste Sicherheitsanforderungen – Kategorie 4 nach EN954-1 und SIL3 nach IEC62061. Vor einigen Monaten wurden alle programmierbaren Sicherheitssteuerungen der Produktfamilie PSS mit einer leistungsfähigeren CPU (Central Processing Unit) ausgestattet. Auf diese Weise gelang es, die schon vorher für die allermeisten Applikationen ausreichende CPU-Performance um den Faktor fünf zu verbessern und gleichzeitig auch den Programmspeicher um das Vierfache zu erhöhen. Mit Blick auf die kurze Reaktionszeit ist die Umsetzung zeitkritischer Prozesse problemlos möglich. Gleichzeitig schafft diese Performance-Steigerung zusätzliche Kapazitäten für den Standardteil der PSS, so dass ein höheres Potenzial für prozesssteuernde Aufgaben zur Verfügung steht. Im Sinne von \“Standard integrated\“ erweitern sich damit die Einsatzmöglichkeiten der PSS – eine Chance, die auch Hans Josef Richner vom Gruppenstab Press & Automation Engineering bei Ford in Köln erkannte. \“Uns wurde sehr schnell bewusst, dass wir mit einer Sicherheitssteuerung dieser Leistungsklasse viel mehr Optionen haben. Während sich das Einsatzgebiet der PSS bislang auf die sicherheitsrelevante Sensorik und Aktorik begrenzte, ist die Sicherheitssteuerung aufgrund der Perfomance-Steigerung jetzt auch in der Lage, die komplexen Standardsteuerungsaufgaben zu übernehmen. Der Kosteneinspareffekt zeigt sich sofort, denn die bisher zusätzlich zur PSS verwendete Standard-SPS inklusive Standardfeldbussystem benötigen wir nicht mehr.\“ Softwarebausteine erleichtern Pressenumrüstung Bei der Modernisierung der Pressen war es erforderlich, sowohl die gesetzlichen Anforderungen als auch die Vorgaben des Endkunden Ford zu berücksichtigen. \“Auch oder gerade bei der Modernisierung von Pressen muss man sich einem erheblichen Kostendruck stellen. Aus diesem Zwang heraus gilt es, neuen Lösungen den Weg zu bereiten\“, so Ralf Bratz, Geschäftsführer der Bratz Engineering GmbH in Wuppertal, die den Auftrag für die Pressenumrüstungen erhielt. \“Die PSS mit der neuen CPU-Generation ermöglichte es uns, zusätzliche Einsparpotenziale zu erschließen. Abgesehen von den reduzierten Hardwarekosten findet auch nur noch ein Programmiertool Verwendung\“, ergänzt Ralf Bratz. An den beiden Tuschierpressen wurden die alten Pressensteuerungen einschließlich der Hydraulikpumpen erneuert. Zudem wurde die Absturzsicherung der 250t-Presse erneuert; den Stößel sichert nun ein Sitema-Klemmkopf. Der Sicherheitsteil der PSS überwacht verschiedene Funktionen wie die Steuerung Ein/Aus, die Not-Aus-Taster, die Schaltsperre sowie die Schutzgitterüberwachung und die Ansteuerung der Zweihandbedienung. Hinzu kommen die Überwachung der Ventilansteuerungen der Presse Ab/Auf, die Absturzsicherung, die Schutzgitteransteuerung sowie das Leuchtfeld \“Stößel gesichert\“. Der Aufwand für die Pressenumrüstungen ließ sich anhand spezieller Softwarebausteine, die für die PSS z.B. für die Überwachung des Pressensicherheitsventils zur Verfügung stehen, in Grenzen halten. Die Softwarebausteine sind von der BG und auch vom TÜV bereits abgenommen und erleichtern Inbetriebnahme und CE-Zertifizierung. Sie werden über das Programmiertool PSS WIN-PRO per Drag&Drop ins Programm integriert. Der Standardteil der PSS steuert und überwacht beispielsweise Hydraulikpumpen und Hydraulikfunktionen sowie die Positionssteuerung der Hubverstellung und des Stößels, die mit je einem Absolutwertgeber für die Umschaltung von Eil- auf Schleichgang realisiert wurde. Auch der Thematik \“vorbeugende Instandhaltung\“ wurde Rechnung getragen, indem die Funktion \“Testung der Absturzsicherung\“ (Stößelsicherung) mittels Schlüsselschalter und Zweihand-Taster vollzogen wird. Darüber hinaus übernimmt der Standardteil der PSS auch die Erfassung und Ausgabe von Prozessvariablen (z.B. Wegstrecke des Stößels). Für die Bedienerführung kommt ein Bedienterminal der Systemfamilie PXT zum Einsatz, das auch die Darstellung einer detaillierten Fehlerdiagnose in Form von Klartextmeldungen ermöglicht. Prozessvariablen lassen sich mittels 25 Funktionstasten und vierzeiligem Textdisplay ein- und ausgeben. Kran bewegt sich sicher Abgesehen von den beiden Pressen wurde im Presswerk von Ford-Saarlouis auch der erste von zwei Brückenkranen modernisiert. Auch für diese Applikation übernimmt eine PSS3000 sowohl Sicherheits- als auch Standardsteuerungsfunktionen. Mit einer Kranspurweite von 33,5m und einer umschaltbaren Traglast von 13 auf 33t wurde der Brückenkran im Jahre 1967 gebaut. Beide Brückenkrane befördern vorgeschnittene, als Platinen bezeichnete Bleche zu den Pressen. Wie bei den Tuschierpressen bestand dringender Modernisierungsbedarf, wollte man nicht gezwungen sein, über kurz oder lang eine Neuanschaffung tätigen zu müssen. Auch hier ersetzt jetzt Elektronik die Relais basierte Technik. \“Die guten Erfahrungen beim Retrofit der Pressen haben uns die Entscheidung leicht gemacht, auch den Brückenkran ohne separate Standard-SPS zu erneuern\“, so Reiner Freichel, Elektromeister in der Presswerk-Instandhaltung bei Ford-Saarlouis. \“Die PSS übernimmt als Safety&Control-Steuerung alle Aufgaben\“, fasst er zusammen. Fazit Egal ob Krananlagen, Pressen, Platinenlader, Stapler, Bandanlagen usw. – die Neuanschaffung von nahezu allen Maschinen, Anlagen und Produktionseinrichtungen in Presswerken ist mit sehr hohen Investitionen verbunden, die sich erst nach Jahrzehnten amortisieren. Ein Retrofit/ Refurbishing auf Basis moderner Sicherheitstechnik sollte sich also immer lohnen. Die Lösung der sicherheitstechnischen Anforderungen unter Einhaltung der relevanten Normen stellt dabei sicherlich die größte Herausforderung dar. Unter realen Bedingungen schon oft bewährt, eröffnet die Leistungsfähigkeit modern Sicherheitssteuerungen die Option, gleichzeitig auch die prozesssteuernden Aufgaben abzudecken und damit Kosten zu sparen. Hannover Messe: